Investigating Irradiated Superconducting Magnet Insulation Materials for Particle Accelerators and Other High-Dose Environments
Investigating Irradiated Superconducting Magnet Insulation Materials for Particle Accelerators and Other High-Dose Environments
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研究用于粒子加速器和其他高剂量环境的辐照超导磁体绝缘材料
DOI：
10.1109/tasc.2023.3252480
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发表时间：
2023
影响因子：
1.8
通讯作者：
Ogitsu Toru
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Reis Chris;Shen Tengming;Prestemon Soren;Hosemann Peter;Nair Mehul;Nakamoto Tatsushi;Ogitsu Toru
现代超导磁体，如用于大型强子对撞机（LHC）高亮度升级的Nb 3Sn四极系统，严重依赖于绝缘材料，如S-2玻璃和环氧树脂系统。因此，至关重要的是要彻底了解这些绝缘子在低温，高辐射的运行条件下的行为。在这项研究中，行业标准的CTD-101 K环氧树脂系统进行了检查，对'混合-61'开发的国家高磁场实验室（NHMFL）和ATLAS实验的端盖环形（ECT）磁铁开发的树脂系统。物理分析、机械测试和显微镜检查显示CTD-101 K的性能普遍上级，尽管原始混合物-61和ECT在77开尔文下表现出更大的强度和韧性。然而，经过辐照后，NHMFL mix-61和ATLAS-ECT的性能急剧下降，而101 K则表现出无与伦比的抗辐射能力。在最高剂量下，所有树脂的强度和韧性都出现了惊人的下降，微观结构分析突出了辐射引起的气泡产生和裂纹扩展可能是性能下降的候选者。
Modern superconducting magnets, like the Nb3Sn quadrupole system destined for the Large Hadron Collider's (LHC) high luminosity upgrade, critically depend on insulating materials such as S-2 glass and epoxy resin systems. It is therefore crucial to thoroughly understand the behavior of these insulators under their cryogenic, high-radiation in-service conditions. In this study, the industry-standard CTD-101K epoxy resin system was examined against ‘mix-61’ developed by the National High Magnetic Field Laboratory (NHMFL) and the resin system developed for the ATLAS Experiment's End Cap Toroid (ECT) magnet. Physical analysis, mechanical testing, and microscopy revealed generally superior properties for CTD-101K, though pristine mix-61 and ECT exhibited greater strength and toughness at 77 Kelvin. Upon irradiation however, NHMFL mix-61 and ATLAS-ECT saw precipitous declines in performance with 101K showcasing unparalleled radiation resistance. At highest doses, all resins displayed an alarming decline in strength and toughness, with microstructural analysis highlighting radiation-induced bubble production and crack propagation as likely candidates for performance decline.
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期刊：
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作者：
M. Daly;B. Auchmann;A. Brem;C. Hug;S. Sidorov;S. Otten;M. Dhallé;Zichuan Guo;A. Kario;H. T. ten Kate
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